《头号玩家》:动作捕捉,连接虚拟与现实全靠它

作者:孙东临来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-04-10

导演斯皮尔伯格表示:“这部电影是一个警世故事,也是一场伟大的历险。”

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片名:《头号玩家》

导演:史蒂文·斯皮尔伯格

片长:140分钟

类型:科幻/冒险/惊悚/动作

主演:泰伊·谢里丹/奥利维亚·库克/西蒙·佩吉

剧情概述:在2045年,现实世界衰退破败,人们沉迷于虚拟现实游戏“绿洲(OASIS)”营造的世界里寻求慰藉。马克·里朗斯饰演的“绿洲”的创始人临终前宣布,将亿万身家全部留给寻获他隐藏彩蛋的游戏玩家,史上最大规模的寻宝冒险就此展开。韦德·沃兹和数十亿竞争者踏上了奇妙而危险的旅途。

你听说过虚拟现实吗?它是连接现实和虚幻世界的仿真系统,通过计算机生成一种模拟环境,产生交互式的三维动态实景,使用者可以身临其中,采取实体行为。

如果你觉得这个概念离我们的日常生活太远,那么换个问题:你玩过VR(virtual reality)游戏吗?就是那种带着头显、装备和手套,操纵人物运动的游戏。想来很多人都有过这种如临其境的高科技体验。这就是虚拟现实多种应用中的一种。

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(图片来自:expoon网络展示)

不要以为这只是年轻人才玩的时髦游戏,年过70的著名大导演斯皮尔伯格也是VR游戏的头号粉丝。近日,由他指导的热映电影《头号玩家》便是以此为灵感拍摄的。在名为“绿洲”的大型虚拟世界中,每个玩家都有一个对应的游戏角色,想来是不是很酷呢?

游戏好玩又刺激,不过你有没有仔细思考过:电影中的玩家是怎样与游戏人物实现同步运动的呢?动画设计?不对;真人扮演,半对。正确答案是:动作捕捉(Motion capture,简称Mocap)。

从字面意义理解,动作捕捉就是在抓取人物运动时的肢体状态,然后把这些动作同步到电脑中的虚拟角色上,使虚拟角色的动作和真人毫无差别。而这一切的目的只为达到视觉上逼真、自然的效果。

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(图片来自新浪科技)

其实仔细想想,“高大上”的动作捕捉技术就是基于一个简单的原理:有样学样——以真人为蓝本描摹其外形。在计算机动画(CG)尚未发明以前,电影从业者便领悟了这个道理,但受困于技术落后,动作捕捉的实现方式也有些“笨拙”。

首先登场的是:定格动画。

代表影片:《金刚》(1933)

动画师将木偶、黏土偶角色,每帧都摆一个略微不同的动作,然后逐帧拍摄。就形成了连续的活动影像,但这种技术要求动画师在每一帧都要摆放角色造型,因此非常费时费力。

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(图片来自视频截图)

《杰逊王子战群妖》骷髅兵的动画是定格动画大师雷·哈里豪森一帧一帧制作的,这个格斗段落耗时4个半月才完成,成就了定格动画经典。

接下来是机械模型

代表影片:《终结者》(1984)

时间来到80年代,机械、无线电技术飞速发展,通过遥控、机械杠杆操控全尺寸机器人模型,但这些机器人动作远没有真人流畅。此外,机器的设计和制作的难度本身就很大。

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(图片来自视频截图)

最后诞生的是逐帧转描。

代表电影:《白雪公主》(1937)

该技术在前期《大世界》(超链接:http://ask.kedo.gov.cn/c/2018-01-26/912249.shtml)中提及过,多应用于动画影片。1914年,Max Fleisher发明了这一技术,动画师参考视频素材,观察演员的表演动态,将真人转换为角色。

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(图片来自视频截图)

那么问题来了,如果绘画对象不是人物,应该怎么办呢?来看看这张图。

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(图片来自视频截图)

哈哈,你可以对着镜子画自己啊。

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(图片来自视频截图)

逐帧绘制的缺点也是非常明显的:逐帧代表着每动一下,你就要绘一张画。这样的工作量可谓巨大。另外,绘图也只能获得二维的平面信息。

而现在应用的成熟CG技术,克服了以上三种传统方法的缺陷。根据设备运行原理的不同,动捕技术本身也有着诸多分类,常见的有“机械式动捕系统”,“声学式动捕系统”,“电磁式动捕系统”,“光学式动捕系统”以及“惯性导航式动捕系统”。其中“光学式动作捕捉”凭借着“采集场地限制低”,“采集精度高”,“可实时反馈”等优势成为现阶段应用最为广泛、发展最为成熟的运动捕捉技术。

相信你一定看到过,电影演员们身着布满小灯泡的黑色紧身衣,在空旷的场地进行表演。这就是在进行光学式动作捕捉。这些光点对应着一个捕捉目标的特殊部位,所以当对应的光点移动时,就可以映射到目标的分段位移。那么,应该佩戴多少光点呢?它们应该如何分布呢?答案是:越多越好,360无死角覆盖。哪怕是结构再复杂的物体,光学动捕的定位精度也能高达0.1毫米。换句话说,即使你没有刻意移动,但简单的呼吸浮动也能被洞察到。这样做虽然有些吹毛求疵,但在成形时也更能体现人性化特征。

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(图片来自电影科技)

事实上,动作捕捉技术并非因电影而诞生,它最早应用于生物动力学研究机构。彼时,研究员们通过一些穿戴式机械传感器,获取人体关节的运动数据。但这些大型的设备比较笨拙,对演员的动作限制较大,尚未被电影界广泛采用。

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(图片来自生物科技)

同一时期,出现了基于LED灯的光学式动作捕捉技术,它摆脱繁重的机械设备,依靠图形识别处理等技术来获得演员的动作,虽然不够精准,但这一突破还是迅速获得了大批电影人的青睐。

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(图片来自影视工业网)

1990年,施瓦辛格主演的《全面回忆》上映,片中出现了X射线透视人体的几秒镜头。不要小瞧它,这可是动作捕捉技术的首秀。虽然当时的设备还需要连线操作。

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(图片来自视频截图)

1997年,《泰坦尼克号》热映全球,人们惊叹于宏大的灾难场景和感人的爱情故事。而你是否注意到背景中成群结对的乘客们,都是由动态捕捉生成的?电影团队建立了CG人物动作库,由此生成了栩栩如生的沉船逃难场景,这可比找上千名群众演员要省时省力得多。

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(图片来自视频截图)

2009年上映的《阿凡达》是动作捕捉技术走向成熟的标志。这部电影的最大贡献在于:面部表情的高精度采集。头戴式摄像头和改进的软件算法从此成为新的标配。

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(图片来自视频截图)

那么,动作捕捉需要多少钱?

事实上,凡是涉及到三维动画技术的,就没有“便宜”二字。但是跟任何数字技术一样,价格都是在逐渐下降的。

而在这个行业里,也遵循着“一分钱一分货”的硬道理。无标记点式的动作捕捉生成效果差强人意,你在家里也能完成,这只需要295美元。在专业的高端领域,就要用到18000平方英尺的专用摄影棚,使用最新的Vicon Blade软件和132个Vicon摄像头。让我们来算一下,两个Vicon摄像头的系统加上软件就得12500美元。而且你还得需要MotionBuilder软件来把动作捕捉数据映射到数字角色,一个授权就得4200美元!

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(图片来自Vicon官网)

尽管价格昂贵,据说动作捕捉还是只占同量级手工动画成本的25%到50%,并且真实感更强。

许多人都讨厌动作捕捉,态度很鲜明。对于制片人来说,动作捕捉可能在价格上很诱人,但是大多数情况下,收集的动态数据都没法直接用,需要大量的数据清理工作,最终的结果也很可能偏离了制片人的初衷。除此之外,过于真实的画面生成也容易让观众产生“诡异谷效应”,而降低了观影兴趣。

在接受专访时,斯皮尔伯格表达了对于动态捕捉技术的看法,他认为这在本质上,是人们对于虚拟和现实的不同理解:“你可以选择把所有时间都花在那里,或者在真实世界中与真实的人交往,有真正的眼神交流。在某种程度上,我们的故事是一个警世故事,也是一场伟大的历险。”

面对如此双重的选择,你会怎样决定呢?

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